固結注漿技術在某礦區瓦斯抽放站矸石回填地層加固中的應用

摘 要：由于受場地限制，某礦區瓦斯抽放站部分建筑物須置于矸石回填層之上，為滿足地基承載力要求，文中通過固結注漿技術對該矸石松散回填層進行加固處理，并通過復合地基檢測方法對該注漿質量進行了驗證，取得了良好治理效果。

關鍵詞：固結注漿 注漿技術 矸石回填 地基加固

中圖分類號：TD353 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（a）-0072-02

煤矸石是煤礦采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，由于其排放量大、污染嚴重、占地面積大等因素，許多煤礦在其改擴建過程中，將部分廢棄矸石用于溝谷回填或場地平整、恢復中，從一定程度上降低了煤礦的投資成本，減少了其對環境的污染和破壞。

利用煤矸石作為建筑地基是一條“以廢治害”的有效途徑，然而將其作為建筑地基材料不同于一般的粘土和砂礫土，它具有孔隙大、結構松散、整體穩定性差等特點，如不對其采取必要的加固措施，將會在上部建筑荷載和自重作用的影響下，加之其不同填筑厚度和不同壓實度，易使得上部建筑在運行過程中產生不均勻沉降[1～2]。

1 工程概況

1.1 項目概況

某礦區瓦斯抽放站所在場地位于太行山西緣南端，沁水盆地南緣，微地貌單位為山麓斜坡堆積，以構造作用為主，長期受強烈切割作用影響。本次加固場地原始地形為一溝谷，總體為西北高東南低，后經人工回填矸石至場坪位置，回填矸石最大厚度21m。注漿加固平面圖見（圖1）。

1.2 工程地質條件

根據工程地質勘探資料，該場地原始地基土主要由填土（Q4），粉質粘土（Q3），殘積土（Q2），強-中風化泥巖（P），中等風化砂巖（P）等五層組成。據土性及力學性質差異自上而下可劃分①～⑤個地層。

后經開挖，進行了矸石回填，回填最大厚度21 m，最大粒徑為500 mm，結構松散，壓實度低。

2 注漿加固方案

該礦區瓦斯抽放站因受場地限制，部分建筑物布置于矸石回填區上，為防止地表水及地下水對瓦斯抽放站地基的沖蝕破壞及風化侵蝕，保證瓦斯泵站地基的整體安全性、提高地基整體承載力，減少不均勻沉降，根據場地原始地形、不同位置人工矸石回填的厚度、場地邊界條件及以往同類型地基處理措施，擬采用固結注漿法對該回填場地進行加固處理。

2.1 鉆孔

2.1.1 鉆孔布置

根據現場原始地貌特征，為了形成有效的注漿范圍，確保注漿效果，場地外圍設置帷幕孔，孔徑130 mm，孔間距為2 m；場地內部設注漿孔，呈梅花形布置，孔徑130 mm，孔間距為3 m；另外由于區域南側為一砌石擋墻，擋墻內側為一排水溝，為保證擋墻的穩定性，在排水溝的內側采用垂直孔與斜孔孔相間布置的措施，外傾角10°，孔間距1.5 m，其余參數保持不變。

2.1.2 鉆孔工藝及技術要求

（1）鉆孔工藝。

①帷幕孔、注漿孔均分三序，鉆孔施工中總體按照先帷幕孔后注漿孔、先下游孔后上游孔、先Ⅰ序后Ⅱ序再Ⅲ序的原則進行施工。

②鉆孔采用沖擊回轉鉆進或漿液循環鉆進，Ф130 mm鉆頭開孔，為了保證矸石回填松散體的注漿效果，三序鉆孔的深度分別為Ⅰ序孔深5 m，Ⅱ序孔深12 m，Ⅲ序孔深進入基巖1 m。

（2）技術要求。

①鉆孔施工開始后，應布置先導孔優先施工，并詳細記錄鉆進過程中的塌孔、卡鉆、沖洗液消耗等參數，為后續鉆孔提供技術參考和指導依據。

②終孔后應立即下入注漿花管，若塌孔嚴重注漿管無法下入，可通過鉆桿直接灌注。

2.2 注漿

2.2.1 漿液材料

漿液材料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝劑（水玻璃）組成。

2.2.2 漿液配合比

該場地注漿漿液為水泥、粉煤灰混合漿液，漿液配比水固比為1∶1～1∶1.2，固相比（水泥∶粉煤灰）帷幕孔為4∶6，注漿孔為2∶8。

速凝劑∶用于帷幕孔及注漿量較大的注漿孔注漿，摻入量為水泥重量的2%。

施工前，應先做水固比為1∶1、1∶1.1、1∶1.2的漿液配合比試驗，試驗內容為單方漿液的干料含量、漿液密度、初凝、終凝時間及結石率。

2.2.3 注漿工藝及技術要求

（1）注漿工藝。

①注漿順序。

注漿施工應先帷幕孔再注漿孔，先下游孔后上游孔，先Ⅰ序后Ⅱ序再Ⅲ序的原則進行。

②注漿工藝流程（圖2）。

（2）技術要求。

①注漿時應采用漿液濃度先稀后稠的方法，注漿開始后，要定時觀測泵的吸漿量和泵壓，記錄注漿過程中發生的各種現象，根據實際情況及時調整漿液濃度和注漿量。

②為便于控制注漿質量，當某一比級漿液的注入量達2000 L以上或灌注時間已達1 h，而注漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應加濃一級。當注入率大于200 L/min時，可根據具體情況越級變濃。

③當注漿量較大時，應采用間歇式注漿法施工，同時在漿液中加入水泥重量2%的速凝劑。

④終孔標準為注漿壓力在0.5 Mpa以上，且注入率不大于50 L/min時，持續灌注15 min，注漿結束。

3 注漿加固質量檢查

3.1 檢查方法

（1）通過復合地基靜載荷試驗，檢驗加固后的地基承載力特征值及對應變形量是否滿足設計要求。

（2）通過鉆探取樣，檢驗注漿加固后的地基處理深度及充填效果是否滿足設計要求∶

（3）通過重型圓錐動力觸探試驗，評定處理后的地基密實度及地基均勻性等是否滿足要求。

3.2 檢查工作量布設原則

通過上述質檢手段在注漿加固后的場地內按注漿孔孔數的3%～5%進行隨機布點，檢查注漿施工質量，進行注漿效果綜合評價。

3.3 質檢結論

經對該矸石回填地基分別采用復合地基靜載試驗、鉆探取樣及動力觸探試驗綜合評價方法進檢驗后，認為注漿整體性良好，充果良好，地基承載力特征值180 kPa，且極限承載力值不小于360 kPa，滿足承載力要求，該項目竣工后，通過基礎開挖，揭示出漿液充填飽滿，膠結良好，孔隙的充填率大于85%，結石率達到80%。

4 結語

通過本次固結注漿技術在矸石回填地層中的應用，筆者得到以下體會。

（1）固結注漿技術在以矸石回填層作為建筑物天然地基的加固處理中是可行的，這將為類似地層地基加固處理提供經驗借鑒。（2）帷幕孔的注漿在地基注漿加固工程中非常重要，能否分析把握好帷幕注漿過程中的技術環節是關系著工程質量及工程投資關鍵環節之一。（3）對松散層進行注漿加固時應盡量采用自上而下分段注漿的方法，以保證漿體在地層中的連續性。

參考文獻

[1] 唐志新，黃樂亭，戴華陽.采動區煤矸石地基理論研究及實踐[J].煤炭學報， 1999，24（1）：43-47.

[2] 李靜，王欣.煤矸石回填地基利用的實踐[J].工業建筑，1998，28（4）：60-61.